JP2005536894A - Photovoltaic battery electrode, photovoltaic battery and photovoltaic module - Google Patents
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Abstract
導電性表面に接触し、特に光起電力素子ウェーハ3の少なくとも一つの表面に接触する電極であって、電極は、電気的に絶縁性があり光学的に透明な膜10と、膜10の1つの表面上に設けられた接着層11と、接着層11に埋め込まれ実質的に平行で導電性を有する第1の複数のワイヤ5'とを含み、第1の複数のワイヤ5’の表面の一部は、接着層11から突出し、少なくとも表面において低融点の合金からなるコーティング2で覆われた接着層11から突出し第1の複数のワイヤ5’は、第1の端子バー20に接続される電極が記述されている。複数の電極は、一体の連続する一片として形成されPVモジュールを形成するために接続される隣接した光起電力素子3の配列の長さに相当する長さに、切断され、一片の長手方向に並んだワイヤ5'は、PV電池の長さに相当する長さに切断される。少なくとも1つの電極16あるいは1つの電極ストリップ16を含む光起電力電池もしくは光起電力モジュールは、上述したように、その少なくとも1つの表面が導電性であり、反射防止された光学的に透明なコーティング4を施した1つ以上の光起電力電池3備え、第1の複数のワイヤ5'が合金2を用いてコーティング4およびそれぞれの端子バー20あるいは端子フレーム17に半田付けされる。An electrode in contact with the conductive surface, in particular in contact with at least one surface of the photovoltaic element wafer 3, the electrode being electrically insulating and optically transparent film 10; An adhesive layer 11 provided on one surface, and a first plurality of wires 5 ′ embedded in the adhesive layer 11 and having substantially parallel conductivity, the surface of the first plurality of wires 5 ′ A part protrudes from the adhesive layer 11, protrudes from the adhesive layer 11 covered with the coating 2 made of an alloy having a low melting point at least on the surface, and the first plurality of wires 5 ′ are connected to the first terminal bar 20. An electrode is described. The plurality of electrodes are cut into a length corresponding to the length of the array of adjacent photovoltaic elements 3 formed as a single continuous piece and connected to form a PV module. The aligned wires 5 ′ are cut to a length corresponding to the length of the PV battery. A photovoltaic cell or photovoltaic module comprising at least one electrode 16 or one electrode strip 16 has, as described above, an optically transparent coating with at least one surface conductive and antireflective. 1 or more photovoltaic cells 3 provided with 4 and a first plurality of wires 5 ′ are soldered to the coating 4 and the respective terminal bar 20 or terminal frame 17 using the alloy 2.
Description
本発明は、導電性表面に接触する電極に関し、特に光起電力電池、即ち太陽電池の部品としての1つあるいは複数の光起電力素子(PV)に接触する電極に関する。本発明は、さらに、この電池を搭載して製造する光起電力電池に関する。 The present invention relates to an electrode in contact with a conductive surface, and more particularly to an electrode in contact with one or more photovoltaic elements (PV) as a component of a photovoltaic cell, ie a solar cell. The present invention further relates to a photovoltaic battery manufactured by mounting the battery.
光起電力技術を用いる電気エネルギ生成は、高い水準に到達している。しかし、PV電池およびPVモジュールの製造は、いまだに多少複雑かつ費用を要する。最大効率が17パーセントというようにPVモジュールによるエネルギ生成の効率は、かなり低い。経済という観点から見れば、光起電力技術による発電は、それが何らかの方法で、たとえば、ドイツにおける、いわゆる100,000ルーフ・プログラムあるいは米国、カリフォルニア州の同様なプログラムにおける援助および/または助成金を受けられる場合に限って現状では実行可能である。光起電力技術の分野では、生産コストを引き下げ、PV素子やPVモジュールによるエネルギ生成の効率を向上させるという厳しい要件残されている。 Electric energy generation using photovoltaic technology has reached a high level. However, the production of PV cells and PV modules is still somewhat complicated and expensive. The efficiency of energy generation by the PV module is quite low, with a maximum efficiency of 17 percent. From an economic point of view, the generation of photovoltaic technology can help and / or subsidize in some way, for example in the so-called 100,000 roof program in Germany or a similar program in California, USA. It can be executed at present only if it can be received. In the field of photovoltaic technology, strict requirements remain to reduce production costs and improve the efficiency of energy generation by PV elements and PV modules.
共通して使用される埋め込みp−n接合を持つ単結晶あるいは多結晶シリコン、非晶質シリコン、その他の薄膜半導体をベースにしたn+n(またはp)p+型接合を持つ半導体素子を含んでいる。素子の一表面は、アルミニウムまたはステンレス・スティールなどの金属層で覆われ、他の表面は、反射防止コーティングが施されている。両表面とも生成された電気エネルギを集め、取り出す電極に接続されている。この構造体は、ガラスなどの透明な保護層の間に埋め込まれている。 Includes semiconductor devices with n + n (or p) p + type junctions based on commonly used single-crystal or polycrystalline silicon with amorphous pn junctions, amorphous silicon, and other thin film semiconductors It is out. One surface of the element is covered with a metal layer such as aluminum or stainless steel, and the other surface is provided with an anti-reflection coating. Both surfaces are connected to electrodes that collect and extract the generated electrical energy. This structure is embedded between transparent protective layers such as glass.
これらの電極は、スクリーン印刷技術を利用して製造される。しかし、このようにして作られた電極は、高い直列抵抗を有している。これとは別に、この技術を用いる場合、製作に高価な装置、設備が必要となり、コスト削減は、制限される。 These electrodes are manufactured using screen printing technology. However, electrodes made in this way have a high series resistance. In addition to this, when this technique is used, expensive equipment and equipment are required for production, and cost reduction is limited.
米国特許5,759,291A(Ichinose et.al.)では、中に導電性粒子が分散されている導電性接着剤を用いて素子表面に固定されている平行な金属接触や電流収集ワイヤ(電極)を持つ半導体素子(ウェーハ)が知られている。これらの電極ワイヤは、素子の端部に沿って設けられている接続導体に挟まれて平行に並んでいる。このタイプの電極では、半導体表面とワイヤの間のオーム接触抵抗が比較的高く、そのため、特に集中太陽輻射においては、エネルギ・ロスが大きく、効率が低くなる。また、このようなPV電池の製造は、かなり複雑である。 In US Pat. No. 5,759,291 (Ichinose et. Al.), Parallel metal contacts and current collecting wires (electrodes) fixed to an element surface using a conductive adhesive in which conductive particles are dispersed. ) Semiconductor devices (wafers) are known. These electrode wires are arranged in parallel so as to be sandwiched between connection conductors provided along end portions of the element. This type of electrode has a relatively high ohmic contact resistance between the semiconductor surface and the wire, which results in large energy loss and low efficiency, especially in concentrated solar radiation. Also, the manufacture of such PV cells is quite complicated.
米国特許5,084,107A(Deguchi et.al.)では、同様な太陽電池と太陽電池配列が知られており、金属電極ワイヤは、接着剤を用いて光起電力素子の表面に接着される。この接着剤内には、導電性粒子が分散されている。この電極構造でも、製造コストおよびワイヤと素子表面の間の接触抵抗は、極めて高い。 In US Pat. No. 5,084,107A (Deguchi et al.), A similar solar cell and solar cell arrangement is known, where the metal electrode wire is bonded to the surface of the photovoltaic element using an adhesive. . Conductive particles are dispersed in the adhesive. Even in this electrode structure, the manufacturing cost and the contact resistance between the wire and the element surface are extremely high.
米国特許5,158,618A(Rubin et.al.)では、電極構造が知られている。ここでは、接触ワイヤは、ポリマ・ブロックから一部分が突出するように透明なポリマ・ブロックに埋め込まれている。電極は、一方の側からあるいは2つの側から素子に接触し、ガラスのような透明な保護層の間に挟まれている。電極のワイヤは、たとえば、コイルとして構成されているので、ワイヤとPV素子の表面の間では点接触だけとなる。したがって、この場合、PV電池の直列抵抗は、比較的高い。また、このようなタイプの太陽電池やPVモジュールのオートメーション製造は、不可能なので、製造コストも比較的高い。 In US Pat. No. 5,158,618A (Rubin et.al.), an electrode structure is known. Here, the contact wire is embedded in a transparent polymer block such that a portion protrudes from the polymer block. The electrode contacts the element from one side or from two sides and is sandwiched between transparent protective layers such as glass. Since the electrode wire is configured as a coil, for example, there is only a point contact between the wire and the surface of the PV element. Therefore, in this case, the series resistance of the PV battery is relatively high. Moreover, since it is impossible to manufacture such a solar cell or PV module by automation, the manufacturing cost is relatively high.
したがって、本発明の1つの目的は、低製造コストで電極と導電性表面、特に光起電力素子の一表面あるいは複数の表面との間で低接触抵抗を達成する電極を提供することである。 Accordingly, one object of the present invention is to provide an electrode that achieves a low contact resistance between the electrode and a conductive surface, particularly one or more surfaces of the photovoltaic element, at low manufacturing costs.
本発明のもう1つの目的は、このような電極を使用することにより合成直列抵抗とPV電池とPVモジュールの製造コストを低減し、費用効率を向上させることである。 Another object of the present invention is to reduce the manufacturing cost and improve the cost efficiency of the composite series resistance, PV cell and PV module by using such electrodes.
本発明は、導電性のある表面、特に光起電力素子の少なくとも1つの表面に接触する電極を提供する目的を達成する。電極は、電気的に絶縁性があり光学的に透明な膜と、膜の1つの表面上に設けられた接着剤層と、接着剤層に埋め込まれ実質的に平行で導電性のある第1の複数のワイヤとを含み、第1の複数のワイヤの表面の一部は、接着剤層から突出し、低融点の合金からなるコーティングで覆われた接着剤層から突出し、第1の複数のワイヤは、第1の端子バーに接続されている。 The present invention achieves the object of providing an electrode in contact with a conductive surface, in particular at least one surface of a photovoltaic device. The electrode includes an electrically insulating and optically transparent film, an adhesive layer provided on one surface of the film, and a substantially parallel and conductive first embedded in the adhesive layer. A part of the surface of the first plurality of wires protrudes from the adhesive layer and protrudes from the adhesive layer covered with the coating made of the low melting point alloy, and the first plurality of wires Is connected to the first terminal bar.
望ましくは、実質的に相互に平行に並んでいる第2の複数のワイヤは、透明な膜と第1の複数のワイヤの間に配設され、第1と第2の複数のワイヤは、共に網を形成し、第2の複数のワイヤは、第2の端子バーに電気的に接続される。 Desirably, the second plurality of wires that are substantially parallel to each other are disposed between the transparent film and the first plurality of wires, and the first and second plurality of wires are both A net is formed and the second plurality of wires are electrically connected to the second terminal bar.
別の好ましい実施例において、第1と第2の端子バーは、相互に電気的に接続される。
端子バーは、ワイヤのそれぞれの端部に設けることができる。
この実施例では、端子バーは、望ましくは、ワイヤが接続される表面に対して光起電力の外側の第1の複数のワイヤの両端あるいは第1と第2の複数のワイヤの両端に設けられる。
第1と第2の端子バーは、望ましくは、一定の角度を形成して接続される。
In another preferred embodiment, the first and second terminal bars are electrically connected to each other.
A terminal bar can be provided at each end of the wire.
In this embodiment, the terminal bar is desirably provided at both ends of the first plurality of wires or both ends of the first and second plurality of wires outside the photovoltaic surface relative to the surface to which the wires are connected. .
The first and second terminal bars are preferably connected to form a certain angle.
さらに別の好ましい実施例において、端子バーは、U型フレームとして形成され、複数の2つのワイヤの一方ワイヤは、基部に接続され、他方のワイヤは、U字の自由な足部に接続される。 In yet another preferred embodiment, the terminal bar is formed as a U-shaped frame, one wire of the plurality of two wires being connected to the base and the other wire being connected to a U-shaped free foot. .
この実施例では、端子バーが第1の複数のワイヤあるいは第1と第2の複数のワイヤの両端に設けられるとき、端子バーは、望ましくは、接続される2つの隣接した光起電力素子の全長にわたって延伸し、その中央にステップが設けられ、複数の端子バーが共に一列を形成し、端子バーの半分は、それぞれ、隣接する端子バーの下半分の上あるいは上半分の下になるように配列され、端子バーの間には、絶縁膜が設けられている。 In this embodiment, when the terminal bar is provided at both ends of the first plurality of wires or the first and second plurality of wires, the terminal bar is preferably connected to two adjacent photovoltaic elements. It extends over the entire length, and is provided with a step in the middle, so that multiple terminal bars together form a line, and half of the terminal bars are above or below the lower half of the adjacent terminal bars, respectively. An insulating film is provided between the terminal bars.
さらに、端子バーは、閉じたフレームとして形成されてもよく、フレームの開口領域(窓)は、これに対応する光起電力素子のサイズを超えている。 Further, the terminal bar may be formed as a closed frame, and the open area (window) of the frame exceeds the size of the corresponding photovoltaic element.
さらに別の実施例では、端子バーは、窓の開口領域が対応する光起電力素子のサイズを超えるような2つの隣接する窓を有するダブル・フレームとして形成される。
フレームは、2つの金属フレームとその間に絶縁膜を備えてもよい。
In yet another embodiment, the terminal bar is formed as a double frame having two adjacent windows such that the open area of the window exceeds the size of the corresponding photovoltaic element.
The frame may include two metal frames and an insulating film between them.
さらに別の実施例では、ダブル・フレームの中央のバーにステップが設けられ、複数のフレームが共に一列を形成することができ、ダブル・フレームの半分は、隣接するダブル・フレームの下半分の上あるいは上半分の下になるように配列される。 In yet another embodiment, a step is provided in the center bar of a double frame so that multiple frames can form a row together, with a half of a double frame above the lower half of an adjacent double frame. Or it arranges so that it may become under the upper half.
ダブル・フレームの中央のバーにスロットを設けることができ、スロットは、ステップに平行に並び、PVモジュールが完成すると、電極の横断ワイヤが切断されることができる。 Slots can be provided in the center bar of the double frame, and the slots can be aligned parallel to the steps, and when the PV module is complete, the electrode transverse wires can be cut.
最後に、金属バーは、フレームの少なくとも1つの窓に架かって配置することができ、バーは、対応する金属フレームと一体化して結合される。 Finally, the metal bar can be placed over at least one window of the frame, and the bar is integrally joined with the corresponding metal frame.
本発明は、以上の請求項のいずれかに記載の複数の電極を設けることにより前記の目的を達成する。このなかで、電極は、一体の連続する一片として形成され、PVモジュールを形成するために接続される隣接した光起電力素子の1つの配列の長さに相当する長さに切断され、一片の長手方向に並んだワイヤは、PV電池の長さに相当する長さに切断される。 The present invention achieves the above object by providing a plurality of electrodes according to any of the above claims. In this, the electrodes are formed as one continuous piece, cut to a length corresponding to the length of one array of adjacent photovoltaic elements connected to form a PV module, The wires arranged in the longitudinal direction are cut to a length corresponding to the length of the PV battery.
望ましくは、一体の端子バーは、透明膜の端部の少なくとも1つの端部に沿って設けることができる。さらに望ましくは、透明膜の各端部に沿って、櫛状のバーが配設され、2つの隣接した光起電力素子の間でそれぞれ、櫛状バーの歯が一方の側から第1の複数のワイヤの幅にわたって延伸し、対応する光起電力素子の上側と下側に交互に電気的に接続され他方の表面から分離される。 Desirably, the integral terminal bar can be provided along at least one end of the transparent membrane. More preferably, a comb-shaped bar is disposed along each end of the transparent film, and the teeth of the comb-shaped bar are arranged between the two adjacent photovoltaic elements from one side to the first plurality of bars. Extending across the width of the wire, alternately electrically connected to the upper and lower sides of the corresponding photovoltaic element and separated from the other surface.
本発明は、さらに上記の実施例のいずれかにしたがって少なくとも1つの電極あるいは1つの電極ストリップを含む光起電力電池もしくは光起電力モジュールを提供することにより上記目的を達成する。光起電力電池もしくは光起電力モジュールは、その少なくとも1つの表面上が導電性であり、反射防止の光学的に透明なコーティングを施した1つ以上の光起電力電池を有し第1の複数のワイヤが合金を用いてコーティングおよびそれぞれの端子バーあるいは端子フレームに半田付けされる。 The present invention further achieves the above objects by providing a photovoltaic cell or photovoltaic module comprising at least one electrode or one electrode strip according to any of the above embodiments. A photovoltaic cell or photovoltaic module has one or more photovoltaic cells that are electrically conductive on at least one surface and are coated with an anti-reflection optically transparent coating. The wire is soldered to the coating and the respective terminal bar or terminal frame using an alloy.
第1と第2の複数のワイヤを配置して網を形成するとき、第1と第2の複数のワイヤを合金を用いて端子バーあるいは端子フレームに接合することが望ましい。 When the first and second plurality of wires are arranged to form a net, it is desirable to join the first and second plurality of wires to the terminal bar or terminal frame using an alloy.
本発明における電極は、接続される表面と緊密で信頼性のあるオーム接触を提供し、PV電池あるいはPVモジュールにおいて8倍から10倍低い合成直列抵抗が達成できる。これによって、PV素子の効率を向上させるばかりではなく、これらの素子を8倍から10倍の集中太陽放射のもとで動作させることが可能となる。第1と第2の複数のワイヤを網状になるように互いに配置し、角状にもしくは方形状に形成した接続導体に接続される。同時に、製造中のオートメ化の度合いやスループット容量を実質的に増大できる。
The electrodes in the present invention provide an intimate and reliable ohmic contact with the surfaces to be connected and a combined
図1は、上部表面が(常に図の描画に関連して)、たとえば、インジウム錫酸化物のような反射防止透明導電性コーティング4で覆われたシリコン(n+n(あるいはp)p+)などの半導体構造体Sである。素子Sは、薄膜PV素子で構成されてもよい。素子Sの下部表面は、金属コーティング(アルミニウムなど)あるいは反射防止透明導電性コーティング4で覆われる。素子Sと上部コーティング4は、金属コーティング(図示せず)、すなわち、第2の下部ITOコーティング4と組んで、以下でウェーハ3と呼ぶ1つのユニットを形成する。ウェーハ3の両面には低融点の合金からなるコーティング2で覆われた金属ワイヤ1が接続されている。これらのワイヤ1は、合金コーティング2に完全に覆われてもよく、あるいは接続されるべき表面に対向する1つの側面もしくは複数の側面を部分的に覆ってもよい。以下では、被覆されたワイヤを第1の複数のワイヤ5'と呼ぶ。これらのワイヤは、ウェーハ3の一表面もしくは複数の表面に直接的に接触している。
FIG. 1 shows silicon (n + n (or p) p + ) with an upper surface (always related to the drawing of the figure) covered with an anti-reflective transparent
図2は、加圧し120°まで加熱した後の配置を示している。合金コーティング2の材料は、幾分、軟化し、コーティング4を濡らしており、コーティングおよびワイヤ5'に対してオーム接触を形成している。このことは、素子Sの下側に反射防止透明保護コーティング4を設けず、金属コーティングを設けるケースについても言える。ワイヤ5'の間隔が均一である必要はなく、すなわち、平行なワイヤ5'が複数のワイヤと別の複数のワイヤとの間で間隔が異なる状態で2本のワイヤからなる複数あるいはそれ以上のワイヤからなる複数として配置してもよい。
FIG. 2 shows the arrangement after pressurization and heating to 120 °. The material of the
ワイヤの断面形状およびサイズがワイヤによる電流集電、ワイヤ内の電流密度、PV電池の直列抵抗、ワイヤ5'によって陰になるウェーハ面積の大きさ等を最適化できるように選択される。図1と図2に示すように、たとえば、円形、方形、三角形等の異なった断面形状を選択できる。
The cross-sectional shape and size of the wire are selected so that the current collection by the wire, the current density in the wire, the series resistance of the PV cell, the size of the wafer area hidden by the
図3は、第1の複数のワイヤ5'と第2の複数のワイヤ5”によるワイヤ・メッシュ6を示す。第1と第2の複数のワイヤ5'と5”は、通常、互いに直角に延伸している。ワイヤ5”は、少なくともワイヤ5'に対向する表面上にあり、合金コーティング2で覆われている。しかし、第1の複数のワイヤ5'上の合金材料の量が交差点における2つの複数のワイヤを安全に機械的、電気的に接続するために十分であれば、第2の複数のワイヤ上の合金コーティングは、省略することができる。ワイヤ5”の間隔、断面形状および面積の選択において、ワイヤ5'の配置とサイズについての同じ考慮事項が適用される。もちろん、ワイヤ5”について、ワイヤ5'と異なった断面形状とサイズを選択することができる。
FIG. 3 shows a
図4は、フィルム状の接着性光学的透明電極を製造する装置の概略図である。まず、合金被覆ワイヤ5'は、数個のロール7に巻かれる、ロールの数は、PV電池の幅を第1の複数の平行配列ワイヤ間の必要な間隔で割ったものに等しい。たとえば、PV電池幅が100mmでワイヤ間の間隔が4mmの場合、26個のロール7が必要である。ロール7は、軸8に固定される、したがってフレーム9の対応開口を通るワイヤ5'の平行線を形成することができる。フレーム9の開口間の間隔は、平行ワイヤ5'の必要な間隔によって決まる。フレーム9の開口のサイズと形状は、ワイヤ5'のサイズと形状に対応する必要がある。
FIG. 4 is a schematic view of an apparatus for producing a film-like adhesive optical transparent electrode. First, the alloy coated wire 5 'is wound around
平行ワイヤ5'は、ドラム12から供給されるポリマ・フィルム10の上に配置される。ワイヤ5'に対向するフィルム10の表面は、透明な接着剤11で覆われている。ワイヤが搭載されるフィルム10の全幅は、ウェーハ31個あるいはいくつかのウェーハ3の配列よりも広い。したがって、フィルム10の両側に、1.5cmから2cmまでのワイヤ5'のないゾーンが残る(図5A)。フィルム10は、回転ローラ13の表面上をドラム12によって導かれ、ドラム15に引かれ、同時にワイヤ5'を引き出す。ワイヤ5'は、回転ローラ13の上に配置された別のローラ14によってフィルム10に押し付けられる。同時に、フィルム10は、ローラ13、14によって加熱され、そのため、接着剤11が軟化し、ワイヤ5'は、接着剤11の中に入り、冷却されると、フィルム10に固定された状態になり、接着剤11に埋め込まれる。PV電池を保護層の間に封じ込むことができるように、ポリマ・フィルムに接着剤を下塗することが推奨される。
The
図5Aと図5Bは、上記処理の結果、すなわち透明電極の詳細を示す。ポリマ・フィルム10に沿って延伸するワイヤ5'が接着剤11に埋め込まれ、フィルム10に押し付けられる。ワイヤ5'の一部が接着剤11の表面から突出している。図5Bは、ワイヤ5'の左側右側に、ほかに可能な断面形状をさらに示した。
5A and 5B show the result of the above process, that is, the details of the transparent electrode. A
図4のものに類似した製造装置を使ってフィルム10の最初の方向に対して直角方向に配置した埋め込みワイヤ5'を有するポリマ・フィルム10を製造することができる。(図5C,図5D)ポリマ・フィルム10の幅は、PV電池あるいはPVモジュールの必要な長さに対応する必要がある。第1の複数のワイヤ5'をフィルム10に埋め込んだ後、フィルム10の最初の延伸に対して直角な切片に切断することができる。
A
ワイヤ5'および/または5”の間隔が均一である必要はない、すなわち、平行なワイヤ5'および/または5”が各グループのワイヤの間で、またある数のそのようなグループの間で間隔が異なった状態で2本のワイヤからなるグループあるいはそれ以上のワイヤからなるグループとして配置することができる。 The spacing of the wires 5 'and / or 5 "need not be uniform, i.e. parallel wires 5' and / or 5" between each group of wires and between a number of such groups. They can be arranged as a group consisting of two wires or a group consisting of more wires with different intervals.
図6Aは、透明なポリマ・フィルム10と第1と第2の複数のワイヤ5'、5”からなるワイヤ・メッシュ6を備えている電極16を示す。ポリマ・フィルム10に接近して位置しているワイヤ5”だけが接着剤11に埋め込まれる(図6B、図6Cを参照)。ウェーハ3の一表面あるいは複数の表面に接触する上部ワイヤ5'は、接着剤11に埋め込まれず、少なくとも不完全に埋め込まれる(この種の電極16の製造中、ロール7がワイヤ・メッシュ6を搬送し、フレーム9は使用しない(図4)。この時点で既に、ワイヤ5'、5”は、一緒に半田付けすることができる。しかし、通常、これは電極16とウェーハ3の組み立て時に行われる。
6A shows an
ポリマ・フィルム10には、広範囲の材料を使用できる。材料は、高い延性、良好な絶縁特性、光学的透明性、温度安定性、収縮耐性、良好な接着能力を有さなければならない。そのような材料の例をあげれば、セロファン(登録商標)、レイヨン、アセテート、フッ素樹脂、ポリスルフォン、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂である。使用すべき適切な材料は、透明ポリマ・フィルム マイラ(登録商標)である。使用することが望ましい材料は、フルオロポリマをベースとしたものであり、たとえば、ポリフッ化ビニル・フィルム・テドラおよび改質ETFEフルオロポリマ樹脂 テフツェル(登録商標)である。これらの材料は、光起電力産業ばかりではなく、一般用途ならびに積層目的で電気技術製品に使用されている。
A wide range of materials can be used for the
軟化温度が約90℃から110℃であらかじめ下塗したポリマ・フィルムおよびウェーハ3の表面に良好な接着性を有する広い範囲の材料が接着剤11として適切である。好ましい材料は、エポキシ接着剤は、もとより、アクリル接着剤、ゴム接着剤、シリコン接着剤、ポリビニル・エーテル接着剤がある。最も使用することが望ましい材料としては、たとえば、HI−SHEET INDUSTRIES,LTDが供給するエチレン・ビニル・アセテートおよびデュポンが供給する68080ポリ・メチル・メタクリレート、68040メタクリレート・コポリマ、68070メタクリレート・コポリマがある。
A wide range of materials having good adhesion to the surface of the pre-primed polymer film and
接着剤層11は、電極とウェーハ3の確実な結合を得るため十分な厚さが必要である。しかし、接着剤層の厚さは、ワイヤ5'の厚さを超えてはならない。合金2で覆われるが接着剤11に埋め込まないワイヤ5'の接着剤11から突出している部分は、このあと、ウェーハ3の伝導性表面と直接オーム接触を形成することができる(図5A、図5D、図6B、図6C)。
The
ポリマ・フィルム10は、接着剤11が塗布されたとき、またワイヤ5',5”を取り付けて加圧し、加熱して引っ張られたとき十分な安定性を示すように十分な厚さが必要である。同時に、ポリマ・フィルム10は、高い弾力性と光を透過させる透明性を達成するためにできるだけ薄くすべきである。ポリマ・フィルム11の厚さは、10〜50μmが望ましい。すでに述べたように、ポリマ・フィルムの反対側に接着剤を下塗することが望ましい。
The
図5と図6では、ポリマ・フィルム10は、接着剤11とワイヤ5’(あるいはワイヤ5',5”を付けたメッシュ)を付けており、合金コーティング2が接着剤11の表面から突出し、連続したエンドレス・フィルム・タイプの光学的に透明な接着性電極として示されている。
5 and 6, the
本発明の電極16は、PV電池およびPVモジュールの製造のために適用されている。この結果、電極16から電流を集め、さらに送るために、異なったタイプの金属ロッドあるいはバーおよび接続部が必要とされる。ここで、勧めたいことは、数滴の接着剤もしくは短時間の部分的加熱によって金属ロッドあるいはバーを電極に取り付けて、電極16の接着剤11に金属ロッドあるいはバーを接合または固定することである。金属バーとその他の部品がウェーハ3と電極16の組み立て作業中、最高で160℃までの加熱によって膨張したとき、構造部の部品に直接接触しないように、ウェーハ3同士の間に十分なスペースを確保するため金属バーと異なったタイプの接続部分の間隔を設計する必要がある。
The
図7は、加圧と加熱による組み立て前のPV電池の図である。電極16は、それぞれウェーハ3の上下に配置される。電極16のワイヤ5'が延伸する長手方向に対して直角な方向に、ウェーハ3の両側に第1の端子バー20と第2の端子バーがある。これらの端子バーの上面と下面は、低融点の導電性合金からなるコーティング21が施されている。上部の電極16のワイヤ5'は、ウェーハ3の右の境界から第2の端子バー22の左端まで延伸している。逆に、下部の電極16のワイヤ5’は、ウェーハ3の左端から端子バー20の右端まで延伸している。加圧と加熱をしたあと、上部電極16のワイヤ5’は、左側の第2端子バー22およびウェーハ3の上面にオーム接触を形成しており、下部電極16のワイヤ5’は、端子バー20の下面およびウェーハ3の下面にオーム接触をしている。
FIG. 7 is a view of a PV battery before assembly by pressurization and heating. The
導電性合金2、21の典型例は、一般の半田、あるいはAg,Bi,Cd,Ga,In,Pb,Sn,Ti等の異なった金属をもとに特に開発された半田である。金属や合金の粒子を含む有機接着剤からなる導電性材料を使用してもよい。
Typical examples of the
また一方、図8は、角度をつけて形成した端子バー20、22およびメッシュ6状に配置されたワイヤ5'、5”を有する電極16を備えた類似した構造を示す。加圧および加熱をしたあと、下部電極16のメッシュ6は、右側の第1の角度をつけて形成した端子バー20とウェーハ3の下側にオーム接触が形成されており、一方、上部電極のメッシュ6は、第2の角度をつけて形成した端子バー22およびウェーハ3の上側にオーム接触が形成されている。
On the other hand, FIG. 8 shows a similar structure with
図9Aと図9Bは、PV電池であり、端子バーは、三層積層フレーム17として構成されており、その窓の中に対応するウェーハ3が収容されている。ワイヤ5’は、フレーム17の両面に配置され、加熱と加圧によって半田付けされている。
FIG. 9A and FIG. 9B are PV cells, and the terminal bar is configured as a three-layer
図9Bに詳細に示したように、フレーム17は、2つの金属フレーム18を有しており、その間に望ましくは両面接着剤の絶縁フィルム19が挟まれる。これら2つのフレーム18の外側には、それぞれ導電性合金コーティング21が塗布される。ワイヤ5’に付けた材料の量が十分であり、フレーム17とワイヤ5’の間に確実なオーム接触が形成されているときは、このコーティングは、省略することができる。この場合、フレーム17を錫コーティングすることを推奨する。
As shown in detail in FIG. 9B, the
この実施例は、メッシュ状の電極16について使用するのに適している。ここでは、第2の複数の(図示せず)ワイヤ5”が第1の複数のワイヤ5’に対して直角に配置され、図9に示すフレーム17の対応する面にオーム接触を形成する。
This embodiment is suitable for use with a mesh-
以下の実施例は、エンドレス・ストリップとして製造される本発明の電極16を利用して、PV電池の配列を互いに直列や並列に接続してPVモジュールを形成することができる。
The following examples can utilize the
図10A,図10B,図10Cは、櫛型端子バー23を有するエンドレス電極16を示す。ワイヤ5’の外側の長手方向バー24は、エンドレス電極16の長手延伸方向にワイヤと平行して配列されている。長手方向バー24は、横方向に並ぶ横断バー25(櫛の「歯」)と一体的に接続されており、横断バーは、ウェーハ3の間のスペースに一方向あるいは反対方向に突出している。
10A, 10B, and 10C show the
図10B(図10Aの断面A―Aに示すように、左の横断バー25の上部表面は、絶縁フィルム19が施され、下部表面は、導電性合金からなるコーティング21が塗布されている。右側の横断バー25には、絶縁フィルム19が下部表面に堆積され、導電性合金からなるコーティング21が下部表面に堆積される。
10B (As shown in the cross section AA of FIG. 10A, the upper surface of the left
図10Cは、図10Aの断面B−Bを示す。
図10Aから図10Cに示す実施例では、左側の横断バー25は、ウェーハ3の下側に電気的に接続され、各右側横断バー25は、その右側に位置するウェーハ3の上側に電気的に接続される、したがって上記のように配置されたPV電池は、互いに並列に接続される。
FIG. 10C shows a cross section BB of FIG. 10A.
10A to 10C, the
図11Aと図11Bは、別の実施例であり、図9Aと図9Bに似た並列接続のPV電池は、直列に並んだ金属フレーム18のエンドレス配列とこれらのフレーム18の間に配置された絶縁ポリマ・フィルム19を積層した三層フレーム17として構成されている。フレーム18の外側に、低融点の導電性コーティング21が配置される。導電性コーティング21は、電極16のワイヤ5’と5”とにオーム接触を形成している。
FIG. 11A and FIG. 11B show another embodiment, and a parallel-connected PV cell similar to FIG. 9A and FIG. 9B is arranged between the endless array of metal frames 18 arranged in series and these
この実施例では、ウェーハ3は、フレーム17の「窓」の中に位置しており、PV電池は、上下の電極16によって互いに並列に接続される。
In this embodiment, the
図12Aと図12Bは、数個のPV電池の直列接続を示している。周期的にワイヤ5’が切断された電極16の長手方向の延伸に対して直角方向に並ぶ端子バー25は、それぞれその上側と下側にコーティング21が施されている。上部電極16のワイヤ5’は、端子バー25の上側とその右側に配置されたウェーハ3の上側の間にオーム接触を形成しており、下部電極16のワイヤ5’は、各端子バー25の下側とその左側に配置されたウェーハ3の下側との間にオーム接触を形成している。
12A and 12B show a series connection of several PV cells. The terminal bars 25 arranged in a direction perpendicular to the longitudinal extension of the
図13は、PV電池の直列接続は、U型金属バー26によって達成されるエンドレス電極16を示す。長手方向に並んだ端子バーのバー24は、ワイヤ5”とオーム接触を形成しており、電極16に対して直角方向に配置された横断バー25は、ワイヤ5’とオーム接触を形成している。各ウェーハ3は、U型金属端子バー26の内側のスペースと上下の電極16の間に位置している。
FIG. 13 shows an
ウェーハ3とワイヤ5’との接続は、図12Bと同様である。
図14Aと図14Bは、図12Aと図12Bに示したPV電池の直列接続に使用でき、図13の配置にも同じように使用できる電極16を示す。ワイヤ5’は、それぞれ穿孔29によって切断される。各穿孔は、一本あるいは数本のワイヤ5’にわたる場合がある。もちろん、数本の隣接ワイヤを穿孔する場合よりも、穿孔が一本のワイヤ5’の場合の方が電極16の堅牢さは優れている。後者の場合、電極16の長手延伸方向に対して直角の方向へ電極16の穿孔部分に透明接着ポリマ・フィルムを貼ることを推奨する。
The connection between the
14A and 14B show an
同様に、図13の実施例において、長手方向に配列された端子バー24は、ワイヤ5’とともに切断してもよい。
したがって、ウェーハ3の下側と上側に、それぞれ同じ電極16を使用することができる。電極同士は、横断バー25と次のウェーハ3の端との間隔の幅だけ互いにずらして使用する。
Similarly, in the embodiment of FIG. 13, the terminal bars 24 arranged in the longitudinal direction may be cut together with the
Therefore, the
電気エネルギを運ぶ接続部の基本的に異なる構造が図15から図19を参照しながら説明される。 A fundamentally different structure of the connection carrying electrical energy will be described with reference to FIGS.
図15における配置の基本要素は、2つの金属フレーム(銅箔が望ましい)28とこれらのフレームの間に設けられた絶縁フィルム19からなる三層積層ダブル・フレーム27である。ダブル・フレーム27の中央のバーに、それと平行にステップが設けられている。ステップの高さは、金属箔の厚さに相当し、すなわち、0.2〜0.3mm(図15A,図15B,図15C)である。図15Bから見ると、金属フレーム28は、互いにずらした位置に重なっており、すなわち、金属フレーム28の左上方部は、左の隣接フレーム28の右下方部よりも上に配置されている。隣接するダブル・フレーム27の2つの重なり合った金属フレーム28の間に設けられた絶縁フィルム19は、その両端が上方あるいは下方に曲げられ、フレーム27構造の表面まで伸びている。ウェーハ3は、フレーム27の「窓」の中に位置している。上下の穿孔した電極16のワイヤ5’は、ウェーハ3の両面および各フレーム窓の左右のバーとオーム接触を形成している。ワイヤ5”は、ワイヤ5’およびフレームの上下のバーに電気的に接続される。ワイヤ5’に接触した金属フレーム28の表面は、必要なら、低融点の合金コーティング21または錫コーティングを行う。
The basic element of the arrangement in FIG. 15 is a three-layer laminated
多数のPV電池の配列を連続して相互に接続することが可能である。
図16A,図16B,図16Cは、無穿孔電極16が図5Cと図5Dの電極に相当し、同様に、相当に単純化した構造を示す。この場合、ステップ付きの長手方向バー32を利用している。これらの長手方向バー32は、図15Bと図15Cで図示したフレーム28のように並んでいる。
Multiple PV cell arrays can be connected to each other in series.
FIGS. 16A, 16B, and 16C show the structure in which the
図17は、2つの重ね合わせた金属フレーム28が中央にステップを形成し、互いに位置をずらした全体的配列を表わした図を示したものである。この構成の特徴は、横断バー31がそれぞれ右下の窓に架かっており、バー31は、金属フレーム28と一体的に接続されていることである。本実施例では、バー31が、本発明の下部電極16のワイヤ5’の機能を引き受けており、すなわち、完成したPV電池では、バー31は、その上にあるウェーハ3の各下部表面とオーム接触を形成している。
FIG. 17 shows an overall arrangement in which two superimposed metal frames 28 form a step in the center and are offset from each other. A feature of this configuration is that the crossing bars 31 are respectively hung on the lower right window, and the
直列接続のPV電池のエンドレス配列を完成するため、単なるフレーム30を両端に設けてある。配列の左端に設けたこの単なるフレーム30には、バー31もとりつける。
In order to complete an endless arrangement of PV batteries connected in series,
この構造は、電極メッシュ6を有する上部電極16を取り付けて完成する。そのワイヤ5’は、穿孔され、加熱と加圧により、ウェーハ3およびフレーム28と30の上面に接続される。下方の電極16は、長手方向に並ぶ穿孔されたワイヤ5”セクションあるいはワイヤ5”フィールドを有する。ワイヤ・セクションあるいはワイヤ・フィールドは、バー31およびフレーム30を備えた完成品PV電池に接続されている。これにより、バーがワイヤ5”の機能、すなわち、ウェーハ3の下面に間接的に接続されただけワイヤの機能を引き受ける。
This structure is completed by attaching the
図18は、下部電極16の代わりに、接着剤11を塗布した透明ポリマ・フィルム10が設けられたことだけが変化している図17の例に類似した実施例を示す。
FIG. 18 shows an embodiment similar to the example of FIG. 17 in which only the
最後に、図19は、図17と図18に示した例と類似した実施例である。上部電極6は、切断箇所のないメッシュ6を有している。PV電池の直列接続が完了したあと電極16のワイヤ5’が穿孔できるように、上下フレーム30の左右バーは、もとよりフレーム28の左バーおよび中央バーにスロット33を設ける。このスロット33は、ステップに平行に設けられる。PVモジュールを組み立てたあと、これらのスロット33によって、上部電極16のワイヤ5’を全体的に切断することができる。スロット33の幅は、穿孔後にワイヤ5’が永久に切断されて、互いに分離されたままになるように計算される。
Finally, FIG. 19 is an embodiment similar to the example shown in FIGS. The
Claims (19)
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